Рассчитайте затраты и экономию на солнечной энергии (только для США)

В этом документе объясняется, как Solar API рассчитывает различные значения, которые используются для рекомендации установки солнечных панелей, а также для оценки стоимости и экономии средств для адресов в США.

Если вы введете адрес жилого дома в регионе США, на который распространяется действие сервиса Solar API, вы увидите следующие приблизительные значения:

• Сколько солнечных дней получает дом в год
• Какое пространство на крыше предусмотрено для установки солнечных батарей?
• Какую сумму экономии в долларах США может получить владелец дома за 20 лет эксплуатации солнечной энергосистемы?
• Средний ежемесячный счет за электроэнергию для домов в вашем районе, который вы можете скорректировать с учетом вашего дома.
• Рекомендуемая мощность солнечной системы для дома, измеряемая в киловаттах (кВт).

Хотя Solar API предоставляет оценки для любой конструкции, по которой у него есть данные, эти оценки лучше всего подходят для жилых домов или небольших коммерческих зданий. Solar API рекомендует размеры солнечных установок, которые обеспечивают максимальную экономию без производства большего количества энергии в год, чем может потребить домохозяйство. Solar API не рассчитывает значения, связанные с избыточным производством энергии.

Рекомендуемые размеры установок ограничены годовым потреблением энергии по ряду причин, но прежде всего потому, что домохозяйства в США в настоящее время получают незначительную или нулевую финансовую выгоду от избыточного производства энергии. В регионах США, где действует система нетто-учета , кредиты, полученные от избыточного производства энергии, обычно сгорают со временем.

Необходимые значения для финансового анализа для представительств в США.

Для проведения финансового анализа каждого экземпляра SolarPanelConfig в ответе API вам потребуются два значения:

• panelsCount : Количество солнечных панелей в установке. Это значение используется при расчете размера installationSize .
• yearlyEnergyDcKwh : Количество солнечной энергии, улавливаемой системой в течение года, в кВт·ч постоянного тока, при заданном количестве panelsCount . Это значение используется при расчете годового производства солнечной энергии переменного тока ( initialAcKwhPerYear ) для каждой installationSize .

Кроме того, вам необходимо собрать значения следующих переменных, специфичные для конкретного местоположения, которые вы будете использовать в расчетах:

• billCostModel() : Ваша модель для определения стоимости потребления электроэнергии домохозяйством в местной валюте за определенное количество кВт·ч. Стоимость электроэнергии, взимаемая коммунальной компанией, может меняться изо дня в день или из часа в час в зависимости от таких факторов, как спрос, время суток и объем потребления электроэнергии домохозяйством. Вам может потребоваться оценить среднюю стоимость.
• costIncreaseFactor : API для солнечной энергетики использует значение 1,022 (ежегодное увеличение на 2,2%) для местоположений в США.
• dcToAcDerate : КПД, с которым инвертор преобразует постоянный ток, вырабатываемый солнечными панелями, в переменный ток, используемый в бытовых целях. В базе данных Solar API используется показатель 85% для регионов США.
• discountRate : API Solar использует значение 1,04 (ежегодное увеличение на 4%) для регионов США.
• efficiencyDepreciationFactor : Насколько снижается эффективность солнечных панелей каждый год. В Solar API используется значение 0,995 (ежегодное снижение на 0,5%) для регионов США.
• Стимулы : Укажите любые денежные стимулы для установки солнечных панелей, предоставляемые государственными учреждениями в вашем регионе.
• installationCostModel() : Метод для оценки стоимости установки солнечных батарей в местной валюте для заданного installationSize . Модель расчета стоимости обычно учитывает местные затраты на рабочую силу и материалы для заданного installationSize .
• installationLifeSpan : Ожидаемый срок службы солнечной установки. В Solar API используется значение 20 лет. При необходимости скорректируйте это значение для вашего региона.
• kWhConsumptionModel() : Ваша модель для определения объема потребления энергии домохозяйством на основе ежемесячного счета. В простейшем случае вы делите счет на среднюю стоимость кВт⋅ч в месте проживания домохозяйства.
• monthlyBill : средний ежемесячный счет за электроэнергию для рассматриваемого домохозяйства.
• Ежемесячное потребление энергии в кВт·ч : оценка среднего количества электроэнергии, потребляемой домохозяйством в данном населенном пункте за месяц, измеряемая в кВт·ч.

Используя эти значения и информацию, предоставленную в ответе API, вы можете выполнить необходимые расчеты, чтобы рекомендовать оптимальный installationSize для мест, не охваченных солнечным API.

Как это работает

Средний ежемесячный счет за электроэнергию является ключевым фактором для всех остальных расчетов.

API для солнечных батарей изначально основывает свои расчеты на предварительно выбранной сумме ежемесячного счета. При необходимости вы можете выбрать другую сумму, которая более точно отражает ваш средний ежемесячный счет.

Зная сумму ежемесячного счета и текущую стоимость электроэнергии в данном месте, Solar API может оценить количество киловатт-часов (кВт·ч) электроэнергии, потребляемой домохозяйством каждый месяц. Для определения текущей стоимости электроэнергии в США и расчета кВт·ч на основе ежемесячного счета Solar API использует базы данных, поддерживаемые Clean Power Research .

Используя данные о потреблении домохозяйством кВт·ч, полезной площади крыши дома и солнечном потенциале местоположения дома, Solar API оценивает один или несколько возможных размеров солнечной установки и рекомендует размер, обеспечивающий наибольшую экономию.

Размер солнечной электростанции определяется её мощностью в кВт. Мощность в кВт зависит от количества солнечных панелей в конфигурации и номинальной мощности каждой панели, измеряемой в ваттах.

Номинальная мощность установки в кВт не совпадает с её энергетической мощностью, которая измеряется в кВт·ч и является переменной. Энергетическая мощность установки в кВт·ч зависит от следующих факторов:

• Время суток
• Погода
• Ориентация панели относительно солнца
• Любые тени, отбрасываемые на панели находящимися рядом предметами.
• региональный солнечный потенциал
• Возраст установки

В расчет годовой выработки энергии солнечной электростанцией Solar API учитывает такие факторы, как региональный солнечный потенциал и возраст установки.

Для определения полезной площади крыши и оценки размера солнечной электростанции, которую она может вместить, Solar API использует аэрофотоснимки и передовое 3D-моделирование.

Подробное объяснение значений и расчетов.

В следующих разделах объясняется, как Solar API рассчитывает стоимость, экономию и размеры солнечных установок для конкретного здания в США.

В пояснениях к расчетам для обозначения значений используются термины. Пояснение к терминам см. в разделе «Определение терминов, используемых в наших расчетах».

Годовое потребление энергии домохозяйством

Как уже упоминалось ранее, Solar API определяет ежемесячное потребление электроэнергии на основе суммы ежемесячного счета и стоимости электроэнергии в месте расположения домохозяйства. После определения ежемесячного потребления электроэнергии домохозяйством мы рассчитываем годовое потребление энергии в кВт·ч, используя следующую формулу:

annualKWhEnergyConsumption = monthlyKWhEnergyConsumption x 12

Предполагается, что потребление энергии домохозяйством остается неизменным из года в год на протяжении всего срока службы солнечной установки. В Solar API предполагается, что срок службы солнечной установки составляет 20 лет.

Ежегодное производство солнечной энергии

Сервис Solar API оценивает годовую выработку энергии солнечной установкой, учитывая такие факторы, как интенсивность солнечного света, угол падения солнечных лучей и количество часов полезного солнечного света, получаемых регионом в течение года.

Солнечные установки вырабатывают постоянный ток (DC), который перед использованием в доме необходимо преобразовать в переменный ток (AC) с помощью инвертора. Часть электроэнергии теряется в процессе преобразования, и величина потерь зависит от эффективности инвертора.

Эффективность процесса преобразования называется коэффициентом снижения мощности постоянного тока в переменный . Для учета потерь Solar API умножает годовую выработку солнечной установки на коэффициент снижения мощности постоянного тока в переменный, равный 0,85. В результате получается годовая выработка электроэнергии переменного тока, как показано в следующей формуле:

initialAcKwhPerYear = yearlyEnergyDcKwh x 0.85

Количество энергии, вырабатываемой установкой, снижается примерно на 0,5% ежегодно в течение всего срока ее службы. Чтобы компенсировать это, после первого года эксплуатации Solar API умножает годовую выработку переменного тока установки на 99,5%, или 0,995, каждый год в течение расчетного 20-летнего срока службы установки. Это показано в следующей таблице.

Поскольку эффективность солнечной панели снижается с постоянной скоростью, она, по сути, представляет собой геометрический ряд, где a = начальное значение Ач/кВт·ч в год, а r = коэффициент амортизации эффективности. Мы можем использовать геометрическую сумму для расчета количества Ач/кВт·ч, LifetimeProductionAcKwh :

LifetimeProductionAcKwh = (dcToAcDerate * initialAcKwhPerYear * (1 - pow(efficiencyDepreciationFactor, installationLifeSpan)) / (1 - efficiencyDepreciationFactor))

Стоимость электроэнергии, вырабатываемой с помощью солнечных батарей.

Если размер установки ограничен размером крыши или другими факторами, солнечная электростанция может производить меньше электроэнергии, чем потребляет домохозяйство. В таких случаях домохозяйству, вероятно, придется ежегодно платить коммунальной компании за определенное количество электроэнергии, как показано в следующей формуле:

annualKWhEnergyConsumption - initialAcKwhPerYear = annualUtilityEnergyRequired

Для учета этих затрат Solar API применяет модель расчета стоимости электроэнергии к предполагаемому объему электроэнергии в кВт·ч, который домохозяйство будет потреблять от энергоснабжающей компании в течение всего срока службы солнечной установки. Следующая формула иллюстрирует этот расчет:

annualUtilityBillEstimate = billCostModel(utilityEnergyRequired)

Для учета ежегодного увеличения стоимости электроэнергии мы применяем коэффициент увеличения стоимости в размере 2,2%, или 0,22, в год для населенных пунктов США:

costIncreaseFactor = 1 + 2.2% = 1.022

Из-за инфляции нам приходится дисконтировать стоимость валюты при оценке будущих затрат. Для этого мы применяем ставку дисконтирования в 4% к нашей модели для регионов США:

discountRate = 1 + 4% = 1.04

В следующей таблице показано, как рассчитывается счет за коммунальные услуги за каждый год эксплуатации солнечной установки. Оставшийся счет за коммунальные услуги за каждый из 20 лет эксплуатации солнечной установки представляет собой сумму всех счетов за коммунальные услуги.

Стоимость электроэнергии без солнечных батарей

Чтобы рассчитать, сколько домохозяйство сможет сэкономить, установив солнечные батареи, нам также необходимо рассчитать, сколько оно может заплатить, если этого не сделает.

Нам снова необходимо учесть рост стоимости электроэнергии и инфляцию, применив к расчету коэффициент увеличения стоимости (costIncreaseFactor) равный 1,022 и ставку дисконтирования (discountRate) равную 1,04, как мы это делали при расчете стоимости электроэнергии с использованием солнечной энергии.

В следующей таблице показано, как рассчитывается счет за электроэнергию за каждый год без учета солнечной энергии на протяжении всего срока службы солнечной установки. Стоимость электроэнергии без учета солнечной энергии — это сумма счетов за электроэнергию за тот же 20-летний период, который мы использовали для расчета стоимости электроэнергии с учетом солнечной энергии.

Стоимость установки солнечных батарей

В предоставляемые расчеты Solar API включает стоимость установки рекомендуемой конфигурации солнечных батарей. Для оценки стоимости установки Solar API использует локализованную модель расчета стоимости установки и размер установки.

installationCost = InstallationCostModel (installationSize)

Стимулы

Государственные органы могут предоставлять льготы на установку солнечных батарей. Зачастую эти льготы предоставляются в виде налоговых вычетов. В зависимости от местоположения домохозяйства, Solar API вычитает из оценки общих затрат любые льготы, которые в настоящее время доступны домохозяйству.

Общая стоимость с учетом установки солнечных батарей.

API Solar рассчитывает общую стоимость солнечной электростанции за 20 лет, используя следующую формулу:

totalCostWithSolar = installationCost + remainingLifetimeUtilityBill - incentives

Общая сумма сбережений

API для солнечных электростанций рассчитывает экономию для домохозяйства по следующей формуле:

savings = costOfElectricityWithoutSolar - totalCostWithSolar

API для солнечных электростанций выполняет вышеуказанные расчеты для каждого возможного размера установки, а затем рекомендует размер установки, обеспечивающий максимальную экономию для домохозяйства. Вместе с рекомендацией возвращается сумма предполагаемой экономии.